Raúl Fonseca studierte ab 1997 Geologie an der Universität Lissabon. Anschließend promovierte er zwischen 2003 und 2007 an der Australian National University in Canberra, Australien. Danach war er bis 2017 Akademischer Rat für Experimentelle Petrologie an der Universität Bonn. Bis September 2019 war er Heisenberg-Stipendiat an der Universität zu Köln. Im April 2019 wurde er an die Ruhr-Universität Bochum berufen.
Die Forschung von Raúl Fonseca konzentriert sich auf die Untersuchung von Hochtemperaturprozessen, die eine stabile Isotopenfraktionierung fördern. Er kombiniert dazu natürliche Beobachtungen mit detaillierten experimentellen Arbeiten und modernsten analytischen Methoden.